ANALISIS PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP SIFAT MEKANIK PADA PENGELASAN DISSIMILAR ANTARA STAINLESS STEEL AISI 316L DAN BAJA KARBON RENDAH ST 37 DENGAN PENGELASAN GTAW (GAS TUNGSTEN ARC WELDING)

(1)

i

ANALISIS PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP SIFAT MEKANIK PADA PENGELASAN DISSIMILAR ANTARA STAINLESS STEEL AISI 316L DAN BAJA KARBON RENDAH

ST 37 DENGAN PENGELASAN GTAW (GAS TUNGSTEN ARC WELDING)

SKRIPSI

Diajukan guna melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik dan mencapai gelar sarjana teknik

Oleh :

DONNAX CARNEOLLA HARSONO NIM. 071910101017

JURUSAN TEKNIK MESIN STRATA SATU FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS JEMBER 2011

http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id

http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id http://digilib.unej.ac.id

(2)

PERSEMBAHAN

Alhamdullilah, terucapkan sebagai rasa syukur dengan terselesaikannya tugas

akhir ini. Dengan menyebut nama allah SWT Yang Maha Pengasih lagi Maha

Penyayang serta shalawat pada Nabi Muhammad SAW, kupersembahkan ini sebagai

rasa cinta kasih dan sayangku kepada:

1. Ayahanda Suharsono dan Ibunda Endang Lestari tercinta atas jerih payah,

kasih sayang, dorongan, nasehat dan doa yang senantiasa mengiringi

perjalananku dalam menggapai cita-citaku.

2. Kakakku tercinta Enggrit Purviani Lestari Harsono, adikku tercinta Steffi

Morinda Harsono yang selalu menemani dan mengisi hari-hariku.

3. Seluruh dosen dan guru yang telah memberi ilmu pengetahuan.

4. Sahabat-sahabatku yang selalu setia membantu dan memberiku semangat.

5. Almamater yang kubanggakan, Universitas Jember.

(3)

iii

MOTTO

Apa yang kita lakukan hari ini adalah apa yang kita perbuat dimasa depan

Ilmu adalah karunia sang Kuasa yang memberikan manusia kehidupan yang lebih

baik, ilmu datang dari apa yang kita lihat, dengar dan baca, ilmu bukan hanya datang

dari dimana kita duduk dan belajar, karena sesungguhnya Allah memberikan kita

ilmu dari dimana segi kehidupan itu ada.

Jangan pernah menyerah menjalani hidup ini, karena Allah akan memberikan jalan

kepada setiap manusia yang mau berdoa berusaha

(4)

PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Donnax Carneolla Harsono

NIM : 071910101017

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa karya tulis yang berjudul “Analisis Pengaruh Kuat Arus Terhadap Sifat Mekanik pada Pengelasan Dissimilar antara

Stainless Steel AISI 316L dan Baja Karbon Rendah ST 37 dengan Pengelasan GTAW

(Gas Tungsten Arc Welding)” adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika

disebutkan sumbernya dan belum pernah diajukan pada institusi manapun, serta

bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran isinya

sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanan

dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika

ternyata dikemudian hari pernyataan ini tidak benar.

Jember, 13 Juni 2011

Donnax Carneolla Harsono 071910101017

(5)

v

SKRIPSI

ANALISIS PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP SIFAT MEKANIK PADA PENGELASAN DISSIMILAR ANTARA STAINLESS STEEL AISI 316L DAN BAJA KARBON RENDAH

ST 37 DENGAN PENGELASAN GTAW (GAS TUNGSTEN ARC WELDING)

Oleh :

DONNAX CARNEOLLA HARSONO NIM. 071910101017

Pembimbing

Dosen Pembimbing Utama : Sumarji,S.T.,M.T.

Dosen Pembimbing Anggota : Ir. F.X. Kristianta,M.Eng.

(6)

PENGESAHAN

Skripsi berjudul Analisis Pengaruh Kuat Arus Terhadap Sifat Mekanik pada

Pengelasan Dissimilar antara Stainless Steel AISI 316L dan Baja Karbon Rendah ST

37 dengan Pengelasan GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) telah diuji dan disahkan

oleh Fakultas Teknik Universitas Jember pada:

Hari : Selasa Tanggal : 21 Juni 2011

Tempat : Fakultas Teknik Universitas Jember.

Tim Penguji,

Sekretaris

Ir. F.X. Kristianta,M.Eng. NIP. 19650120 200112 1 001 Ketua

Sumarji,S.T.,M.T. NIP. 19680202 199702 1 001

Anggota II

Mahros Darsin, S.T.,M.Sc. NIP 19700322 199501 1 001 Anggota I

Hary Sutjahjono, S.T.,M.T. NIP 19681205 199702 1 002

Mengesahkan Dekan,

Ir. Widyono Hadi, M.T. NIP 19610414 198902 1 001

(7)

vii

RINGKASAN

Analisis Pengaruh Kuat Arus Terhadap Sifat Mekanik pada Pengelasan Dissimilar antara Stainless Steel AISI 316L dan Baja Karbon Rendah ST 37 dengan Pengelasan GTAW (Gas Tungsten Arc Welding); Donnax Carneolla Harsono, 071910101017; 2011: 106 halaman; Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Jember.

DMW (Dissimilar Metal Welding) adalah suatu proses pengelasan antara dua

logam yang memiliki sifat mekanik, komposisi serta properties yang berbeda. DMW

ini sering dipakai ketika dibutuhkan perbedaan sifat mekanik atau sifat lainnya dalam

aplikasi.

Pada penelitian ini sumber panas yang digunakan yaitu Gas Tungsten Arc

Welding (GTAW) dengan variasi kuat arus, dengan metode pengambilan data

dilakukan secara eksperimental dari sampel bahan hasil pengelasan 100 A, 120 A,

140 A, antara baja karbon rendah ST 37 dan SS 316L dengan filler metal TGS 309.

Pengujian hasil cacat pengelasan berupa porositas dan retak dilakukan dengan

pengujian radiografi dan penetrant, untuk pengamatan struktur mikro daerah HAZ

las, dilakukan menggunakan optical microscope. Pengujian kekerasan dilakukan

dengan metode vickers.

Pada pengelasan dengan variasi kuat arus 100 A dan 120 A terdapat porositas

pada bagian dalam daerah lasan. Porositas terjadi karena adanya gas H2O(g) yang

tidak dapat berdifusi keluar dari logam padat pada saat proses pengelasan. Pada

daerah untuk titik pengujian 4 (SS 316L VS Weldment), daerah yang memiliki

kekerasan paling tinggi terdapat pada pengelasan dengan variasi kuat arus 140 A, hal

ini disebabkan akibat terjadinya sensitisasi pada temperature 450o-600oC, input panas

yang besar serta kecepatan pengelasan yang sama dengan variasi kuat arus 100 A dan

120 A akan menimbulkan masukan panas yang besar sehingga akan terjadi

pendinginan lambat yang dapat menimbulkan terbentuknya karbida chrome,

sensitisasi pada pada pengelasan SS mengakibatkan peningkatan kekerasan.

(8)

Dari hasil seluruh pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini, variasi kuat

arus 120 A merupakan kuat arus yang tepat digunakan untuk pengelasan dissimilar

antara stainless steel 316L dan baja karbon rendah ST 37 dengan tebal 6 mm. Hal ini

dikarenakan sedikitnya porositas hasil pengelasan, input panas yang sesuai sehingga

menghasilkan ukuran butir yang halus namun tidak mengakibatkan presipitas karbida

chrome yang tinggi akibat pendinginan lambat, daerah HAZ yang tidak terlalu lebar

dan hasil pengujian tarik yang menunjukan nilai UTS paling tinggi.

(9)

ix

SUMMARY

Analysis of Effect of Current on the Mechanical Properties in Dissimilar Welding between of AISI 316L Stainless Steel and Low Carbon Steel ST 37 with GTAW (Gas Tungsten Arc Welding); Donnax Carneolla Harsono, 071910101017; 2011: 106 pages; Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering,

University of Jember.

DMW (Dissimilar Metal Welding) is a welding process between the two

metals that have mechanical properties, composition and different properties. DMW

is often used when it takes the difference of mechanical properties or other properties

in the application.

In this study the heat source used is Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) with

strong variations in flow, with the method of data collection conducted experimental

welding results from the sample material 100 A, 120 A, 140 A, between a low carbon

steel ST 37 and SS 316L filler metal with TGS 309. Testing results of welding

defects in the form of porosity and cracks is done by radiografi and penetrant testing,

for observation of the microstructure of weld HAZ region, performed using an

electric microscope. Tests performed by the method of Vickers hardness.

In welding with strong variations in stream 100 A and 120 A there is porosity

in the inner area of the weld. Porosity due to gas H2O (g) which can not diffuse out of

solid metal during the welding process. In the area of testing for point 4 (VS 316L SS

weldment), regions which have the highest hardness found in welding with strong

variations in stream 140 A, this is caused due to the occurrence of sensitization at

temperatures of 450o-600°C, a large heat input and welding speed of with strong

variations in stream 100 A and 120 A will cause a large heat input so that it will

happen slowly cooling that can lead to the formation of chrome carbide, sensitization

on the weld SS lead to increased violence.

From the results of all tests performed in this study, variations in current

strength 120 A strong current is appropriately used for dissimilar welding between

stainless steel and 316L low carbon steel ST 37 with 6 mm thick. this is because the

least porosity of the welding results, the appropriate heat input resulting in a fine

(10)

grain size but did not result in a high chrome carbide presipitas due to slow cooling,

the HAZ is not too wide and tensile test results that show the highest value of UTS.

(11)

xi

PRAKATA

Puji dan syukur yang tak terhingga, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT.

yang telah melimpahkan rahmat dan hidayat-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan dan menyusun skripsi ini tanpa adanya halangan suatu apapun.

Penyusunan Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk

menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) pada jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Teknik, Universitas Jember.

Penyusun menyadari bahwa penulisan laporan ini tidak terlepas dari bantuan

dan saran dari berbagai pihak, oleh karena itu penyusun mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Bapak Sumarji,S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing 1 dan Bapak

Ir.F.X.Kristianta,M.Eng. selaku dosen pembimbing 2 yang telah

meluangkan waktu dan pikiran serta perhatiannya guna memberikan

bimbingan dan pengarahan demi terselesaikannya skripsi ini.

2. Bapak Hary Sutjahjono,S.T.,M.T. dan Bapak Mahros Darsin,S.T.,M.Sc.

selaku dosen penguji.

3. Bapak Andi Sanata,S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

4. Bapak Sumarji,S.T.,M.T. selaku ketua Jurusan Teknik Mesin.

5. Bapak Heri Purwantoro selaku pembimbing di PT Boma Bisma Indra

(Persero) Pasuruan.

6. Kedua orang tuaku dan kedua saudaraku, kakakku tercinta Enggrit

Purviani Lestari Harsono, adikku tercinta Steffi Morinda Harsono yang

selalu menemani dan mengisi hari-hariku.

7. Seluruh teman-teman yang senantiasa memberikan saran dan masukan.

8. Sri yang telah memberiku semangat, memberi keceriaan serta menemani

hari-hariku.

9. Teman seperjuanganku Ardika Eka, Hendra Irfan, Novan Adi, Dimas

Surya D.

10.Dan semua pihak yang tidak tersebutkan, yang membantuku dan

mendukungku sehingga skripsi ini dapat terselesaikan

(12)

Demikian dari penulis, bagi para pembaca dan yang menggunakan laporan ini

penulis berharap ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang menggunakannya.

Jember, Juni 2011

Penulis

(13)

xiii

DAFTAR ISI DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSEMBAHAN ... ii

HALAMAN MOTTO ... iii

HALAMAN PERNYATAAN ... iv

HALAMAN PEMBIMBINGAN ... v

HALAMAN PENGESAHAN ... vi

RINGKASAN ... vii

SUMMARY ... ix

PRAKATA ... xi

DAFTAR ISI ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL ... xviii

BAB 1. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 4

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 4

1.3.1 Tujuan ... 4

1.3.2 Manfaat ... 5

1.4 Batasan Masalah ... 5

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Pengelasan ... 6

2.2 DMW (Dissimilar Metal Welding) ... 6

2.3 Stainless Steel ... 8

2.4 Baja Karbon Rendah ... 13

2.5 Teknik Pengelasan GTAW ... 14

2.5.1 Memilih Sumber Daya GTAW ... 15

(14)

2.5.2 Sistem Las GTAW ... 16

2.5.3 Memilih Elektroda Tungsten... 17

2.6 Metode Pengujian Kekerasan dengan Metode Vickers ... 18

2.7 Metide Pengujian Tarik ... 18

2.8 Pengujian Radiografi ... 21

2.9 Pengujian Penetrant ... 23

BAB 3. METODE PENELITIAN ... 25

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 25

3.2 Bahan Dan Alat... 25

3.2.1 Bahan ... 25

3.2.2 Alat ... 25

3.3 Persiapan Penelitian ... 26

3.4 Proses Pengelasan ... 27

3.5 Pengujian ... 28

3.5.1 Pengujian Radiografi ... 28

3.5.2 Pengujian Penetrant ... 29

3.5.3 Pengujian Tarik ... 30

3.5.4 Uji Struktur Mikro ... 32

3.5.5 Pengujian Kekerasan ... 33

3.6 Variabel Penelitian... 35

3.6.1 Variabel Bebas ... 35

3.6.2 Variabel Terikat ... 35

3.6.3 Variabel Terkendali ... 35

3.7 Analisis Data ... 35

3.8 Diagram Alir Penelitian ... 36

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37

4.1 Hasil Pengujian Radiografi ... 37

4.2 Hasil Pengujian Cairan Penetrant ... 39

4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro ... 41

4.4 Hasil Pengujian Kekerasan Vickers... 46

(15)

xv

4.5 Hasil Pengujian Tarik ... 49

BAB 5. PENUTUP ... 53

5.1 Kesimpulan ... 53

5.2 Saran ... 54

DAFTAR PUSTAKA ... 55

LAMPIRAN ... 57

(16)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Endapan antar butir karbida khrom dari baja 18 Cr-8

Ni……….. 10

Gambar 2.2. Diagram Schaeffler dari logam lasan dalam pengelasan baja tahan Karat………... 11

Gambar 2.3. Jenis retak panas dalam logam lasan SUS 43……….. 11

Gambar 2.4. Pengelasan GTAW……….…... 15

Gambar 2.5. Peralatan pengelasan GTAW………... 16

Gambar 2.6. Skema pengelasan GTAW………... 17

Gambar 2.7. Skematis prinsip indentasi dengan metode Vickers……...…. 19

Gambar 2.8 Kurva Tegangan Regangan……….. 20

Gambar 2.9 Skema pengujian radiografi ……….………... 23

Gambar 2.10 Alat Uji Radiografi …...……….. 23

Gambar 3.1 Detail joint………..………... 27

Gambar 3.2 Skema pengujian radiografi ……...………..…………... 28

Gambar 3.3 Alat Uji Radiografi Test………..….. 28

Gambar 3.4 Uji Penetran Test………...………. 30

Gambar 3.5 Spesimen Uji Tarik………..…….. 30

Gambar 3.6 Lokasi Pengujian……….. 33

Gambar 3.7. Diagram Alir Penelitian………... 36

Gambar 4.1 Hasil pengujian radiografi untuk pengelasan dengan arus 100 A……… 38

Gambar 4.4 Pengujian penetrant untuk pengelasan dengan arus 100 A…. 40 Gambar 4.5 Pengujian penetrant untuk pengelasan dengan arus 120 A…. 40 Gambar 4.6 Pengujian penetrant untuk pengelasan dengan arus 140 A…. 40 Gambar 4.7. a. Struktur mikro ST 37 VS Weldment pada pengelasan 100 A (100X)……….. 42

Gambar 4.7. b. Struktur mikro SS 316L VS Weldment pada pengelasan 100 A (100X)……….. 42

Gambar 4.8. a. Struktur mikro ST 37 VS Weldment pada pengelasan 120 A (100X)……….. 43

Gambar 4.8. b. Struktur mikro SS 316L VS Weldment pada pengelasan 120 A (100X)……….. 43

Gambar 4.9. a. Struktur mikro ST 37 VS Weldment pada pengelasan 140 A (100X)……….. 46

(17)

xvii

Gambar 4.9. b. Struktur mikro SS 316L VS Weldment pada pengelasan 140

A (100X)………..

46

Gambar 4.10 Lokasi pengujian kekerasan Vickers………... 47

Gambar 4.11 Grafik kekerasan daerah hasil pengelasan………... 48

Gambar 4.12 Grafik Kekuatan Tarik (UTS) dan Yield Point hasil pengelasan SS 316L VS ST 37 dengan pengelasan GTAW... 50

Gambar 4.13 Bentuk perpatahan hasil pengujian tarik……….. 52

Gambar 4.14 Bentuk perpatahan hasil pengujian tarik……….. 52

Gambar B.1. DiagramSchaeffler………... 61

Gambar C.1 Kurva tegangan regangan variasi kuat arus 100 A………….. 64

Gambar C.2 Kurva tegangan regangan variasi kuat arus 120A…………... 66

Gambar C.3 Kurva tegangan regangan variasi kuat arus 140A…………... 69

Gambar D.1. Grafik pengujian kekerasan variasi kuat arus 100 A………... 73

Gambar H.1. Proses pengelasan GTAW………... 81

Gambar H.2. Sampel hasil pengelasan GTAW………. 81

Gambar H.3. Sampel pengujian penetrant………. 82

Gambar H.4. Sampel hasil pengujian radiografi………... 82

Gambar H.5. Sampel pengujian kekerasan Vickers……….. 83

Gambar H.6. Sampel hasil pengujian kekerasan Vickers……….. 83

Gambar H.7.a. Specimen uji tarik 100 A……… 84

Gambar H.7.b. Specimen uji tarik 120 A……… 84

Gambar H.7.c. Specimen uji tarik 140 A……… 84

Gambar I.1. Peralatan pengujian liquid penetrant……….……… 85

Gambar I.2. Alat uji Radiografi………... 85

Gambar I.3. Mesin pengampelas……….. 86

Gambar I.4. Alat uji kekerasan Vickers………... 86

(18)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi kimia baja tahan karat ... 12

Tabel 2.2 Electroda Tungsten ... 18

Tabel 3.1 Rancangan Perhitungan Data Uji Tarik ... 31

Tabel 3.2 Rancangan Perhitungan Data Kekerasan ... 34

Tabel 4.1. Hasil Uji Radiografi Test ... 38

Tabel 4.2. Hasil uji penetrant ... 41

Tabel C.1 Pengujian tarik 100 A Spesimen 1 ... 62

Tabel C.4 Rata-rata tegangan regangan variasi kuat arus 100 A ... 63

Tabel D.1. Pengujian kekerasan variasi kuat arus 100 A ... 70